DE68927359T2

DE68927359T2 - Zylinderkopf für Mehrzylinderbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE68927359T2
Application number: DE68927359T
Authority: DE
Inventors: Tomonori Niizato; Katsumi Noguchi; Kiyoshi Tsukimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2009-08-02
Also published as: EP0353989A2; EP0353989A3; JPH02140407A; DE68927359D1; EP0353989B1; CA1326618C; US5007392A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mehrzylindermotoren mit einer Zylinderkopfstruktur, die eine kompaktere Ausgestaltung des Motors erlaubt, als es bislang möglich war, und insbesondere eine Zylinderkopfstruktur in einem Motor unter Verwendung einer Mehrzahl von Einlaß- und/oder Auslaßventilen mit unterschiedlichen Flußraten-Eigenschaften für jeden Zylinder.
Weil man bevorzugt die Querschnittsfläche der zur Brennkammer führenden Passage vergrößert, um den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern, wurde es zunehmend üblich, eine Mehrzahl von Einlaßventilen und/oder Auslaßventilen für jeden Zylinder vorzusehen mit dem Ziel, die Wirkungsfläche der Ventile relativ zur Innenumfangsfläche der Brennkammer zu maximieren.
Auch bekannt ist die Ventilsteuertechnik, die als kombinierte Ventilzeitsteuerung bekannt ist, nach der in dem in die Brennkammer eingeführten Gemisch ein Drall erzeugt wird, in dem die Öffnungs- und Schließsteuerzeit der mehreren Ventile verschoben wird (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 59- 147822).
Die Temperatur der Verbrennungsgase ist außerordentlich hoch und ihre Strömungsgeschwindigkeit kann Schallgeschwindigkeit erreichen. Es ist daher erwünscht, den Strömungswiderstand der Auslaßpassagen zur Verbesserung des Auslaßwirkungsgrads zu minimieren, indem man die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases vorteilhaft nutzt.
Der Auslaßkrümmer, in den die Auslaßpassagen münden, die zu den sich in den Zylinderkopf öffnenden Auslaßdurchgängen führen, ist aufgrund der Wärmefestigkeitseigenschaften des Materials allgemein aus Gußeisen hergestellt, und der Auslaßkrümmer soll so klein wie möglich gemacht werden, um Platz zum Anbringen von Zusatzausrüstung bereitzustellen und das Gesamtgewicht des Motors zu reduzieren. Eine ähnliche Betrachtung gilt auch für das Einlaßsystems des Motors.
Gemäß der herkömmlichen Schrift US-A-4,703,729 ist ein Mehrzylindermotor mit wenigstens einer Reihen-Mehrzylinderbank bekannt, der zumindest für jeden seiner an einem Längsende der Zylinderbank angeordneten Zylinder oder zumindest für jede seiner an Längsmittel- und symmetrischen Teilen der Zylinderbank angeordneten Zylinder umfaßt:
eine Brennkammer, die durch den Zylinder und einen darin aufgenommenen Kolben begrenzt ist;
eine in der Zylinderkopfstruktur gebildete Einlaßpassage, deren eines Ende mit einem Einlaßkrümmer verbunden ist und deren anderes Ende über einen durch ein Einlaßventil gesteuerten Einlaßdurchgang mit der Brennkammer verbunden ist;
eine in der Zylinderkopfstruktur gebildete Auslaßpassage, deren eines Ende mit einem Auslaßkrümmer verbunden ist und deren anderes Ende über einen durch ein erstes Auslaßventil gesteuerten ersten Auslaßdurchgang und einen durch ein zweites Auslaßventil gesteuerten zweiten Auslaßdurchgang mit der Brennkammer verbunden ist;
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Auslaßdurchgang bei Betrieb des Motors eine größere Auslaßflußrate aufnimmt als der zweite Auslaßdurchgang;
wobei die ersten und zweiten Auslaßdurchgänge entlang einer Längsrichtung der Zylinderbank angeordnet sind, wobei der erste Auslaßdurchgang näher an einem Längsmittelteil der Zylinderbank als der zweite Auslaßdurchgang angeordnet ist;
wobei die Auslaßpassage einen von dem Längsmittelteil der Zylinderbank entfernten ersten Teil aufweist, der im Verlauf von seinem anderen Ende zu seinem einen Ende zu dem Längsmittelteil der Zylinderbank hin gekrümmt ist, und einen zweiten Teil, der dem Längsmittelteil näher ist als der zweite Teil und im Vergleich zu den ersten Teil relativ geradlinig ist.
Somit kann die Montagefläche des Auslaßkrümmers zu dessen Montage an einen Zylinderkopf in der Dimension längs der Längsrichtung der Zylinderbank verkleinert werden, und die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht des Motors kann reduziert werden. Weil zusätzlich die Auslaßpassage kürzer und glatter gemacht werden kann, kann auch die Leistung des Motors verbessert werden. Weil ferner der Teil der Fließpassage, der zum Durchgang größerer Flußrate gerichtet ist, kürzer und geradliniger ist als derjenige für den anderen Durchgang kleinerer Flußrate, kann eine Gesamtverbesserung des volumetrischen Wirkungsgrads erzielt werden. Durch geeignete Wahl der Konfiguration des gesamten Einlaß- und Auslaßsystems läßt sich zusätzlich ein günstiger Dralleffekt erzielen, und man kann eine günstige Mischung des Kraftstoffs mit Luft erreichen.
Weil zusätzlich einer der Einlaßdurchgänge eine relativ kleine Flußrate aufnimmt und näher an einem Längsmittelteil der Zylinderbank als der andere Einlaßdurchgang angeordnet ist, der eine relativ größere Flußrate aufnimmt, kann man zusätzlich zu einem günstigen volumetrischen Wirkungsgrad einen günstigen Spüleffekt erhalten.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Einlaß- und Auslaßventile durch einen Ventilbetätigungsmechanismus derart gesteuert, daß in einem Motor-Hochdrehzahlbereich alle Ventile vollständig geöffnet werden und in einem Niederdrehzahlbereich eines der Einlaßventile, das von einem Längsmittelteil der Zylinderbank entfernt ist, und eines der Auslaßventile, das nahe einem Längsmittelteil der Zylinderbank angeordnet ist, um mittlere Ausmaße geöffnet werden, während das andere Einlaßventil und das andere Auslaßventil um geringe Ausmaße geöffnet werden. Nach dieser Ausführung kann in dem Strom des Luft- Kraftstoffgemisches ein günstiger Dralleffekt erzeugt werden und kann ein günstiger volumetrischer Wirkungsgrad erzielt werden.
Alternativ kann einer der Einlaßdurchgänge, der eine relativ größere Flußrate aufnimmt, näher an einem Längsmittelteil der Zylinderbank als der andere Einlaßdurchgang angeordnet werden, der eine relativ kleinere Flußrate aufnimmt, so daß sich ein günstiger volumetrischer Wirkungsgrad erzielen läßt.
Bestimmte bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nun beispielshalber und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines für die vorliegende Erfindung relevanten Teils eines Motors;
Figur 2 ist eine horizontale Schnittansicht eines Zylinderkopfs eines Motors nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 ist eine Vorderansicht eines Beispiels eines Auslaßkrümmers;
Figur 4 ist eine Ansicht in Blickrichtung des Pfeils IV in Figur 3;
Figur 5 ist ein Graph mit Darstellung von Ventilhubkurven;
Figur 6 ist eine schematische Unteransicht eines modifizierten Zylinderkopfs eines Motors nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 ist eine schematische Draufsicht eines Zylinderkopfs einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Figur 8 ist eine Teildraufsicht eines Ventilbetätigungsmechanismus;
Figur 9 ist eine Schnittansicht in Blickrichtung des Pfeils IX in Figur 8;
Figur 10 ist eine Schnittansicht entlang Linie X-X in Figur 8;
Figur 11 ist eine Schnittansicht entlang Linie XI-XI in Figur 9;
Figur 12 ist ein Hydraulikkreis-Diagramm des gesamten Hydrauliksystems des Ventilbetätigungsmechanismus;
Figur 13 ist ein Graph mit Darstellung der Ventilhubkurven des Ventilbetätigungsmechanismus;
Figur 14 ist eine Seitenansicht eines ersten Kipphebels im Teilschnitt;
Figur 15 ist eine schematische Schnittansicht des Ventilbetätigungsmechanismus in übertriebener Darstellung;
Figur 16 ist eine Teilschnittunteransicht des Zylinderkopfs einer dritten Ausführung des Motors nach der vorliegenden Erfindung; und
Figur 17 ist eine schematische Unteransicht des Zylinderkopfs einer anderen modifizierten Ausführung des Motors nach der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Viertaktmehrzylindermotor zur Anwendung der vorliegenden Erfindung. Der in jedem Zylinder 1 gleitend aufgenommene Kolben 2 ist über einen Kolbenbolzen 3 mit einem kleinen Ende einer Pleuelstange 4 gekoppelt, und ein großes Ende der Pleuelstange 4 ist mit einem Kurbelzapfen 5a einer Kurbelwelle 5 gekoppelt.
Die Drehung der Kurbelwelle 5 zu einer Nockenwelle 8 wird mit einem Drehzahlminderungsfaktor von 1/2 über einen Steuerriemen 9 übertragen, der um eine Kurbelnemenscheibe 6, die an einem Ende der Kurbelwelle 5 fest angebracht ist, und eine Nockenriemenscheibe 8a, die an einem Ende einer von einem Zylinderkopf 7 gehaltenen Nockenwelle 8 fest angebracht ist, herumgeschlungen ist. Die Einlaß- und Auslaßventile sind einander im wesentlichen identisch und sind in symmetrischer Weise angeordnet. Weil die Einlaß- und die Auslaßventile zur Längsmittellinie der Zylinderbank symmetrisch angeordnet sind, wird in Teilen der folgenden Beschreibung entweder auf die Einlaßventile oder die Auslaßventile Bezug genommen, ohne zu spezifizieren, auf welche von diesen Bezug genommen wird.
Die Nockenwelle 8 ist mit einem Paar von Nocken loa und lob für jeden Zylinder 1 versehen, und diese Nocken betatigen über Kipphebel 11a und 11b zwei Ventile 12a und 12b hin- und her, um je nach dem Einlaßdurchgänge 14a und 14b oder Auslaßdurchgänge 15a und 15b zu öffnen und zu schließen, die sich in eine Brennkammer 13 öffnen, und zwar gemäß den verschiedenen Taktprozessen des Verbrennungsmotors, die in der Brennkammer 13 durchgeführt werden.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Zylinderkopf 7 für jeden seiner Brennkammern 13 mit einem Paar von Einlaßdurchgängen 14a und 14b und einem Paar von Auslaßdurchgängen 15a und 15b versehen, die durch ein Paar von Einlaßventilen und ein Paar von Auslaßventilen geschlossen und geöffnet werden. Diese Durchgänge 14a, 14b, 15a, 15b kommunizieren mit Einlaßöffnungen 16 und Auslaßöffnungen 17, die jeweils an einer Endseite des Zylinderkopfs 7 vorgesehen sind, über Einlaßpassagen 18 und Auslaßpassagen 19, die in dem Zylinderkopf 7 vorgesehen sind.
Die Einlaßöffnungen 16 und die Auslaßöffnungen 17 sind relativ zu den Positionen der entsprechenden Brennkammern zum Längsmittelteil der Zylinderbank hin verschoben, und dementsprechend sind die Einlaßpassagen 18 und die Auslaßpassagen 19 auf dem Weg von den entsprechenden Brennkammern 13 weg ein wenig zu der Mitte hin gekrümmt. Jede der Einlaßpassagen 18 verzweigt sich in zwei Teile, die zu den Einlaßdurchgängen 14a und 14b führen, an einer Stelle unmittelbar stromauf der Einlaßdurchgänge 14a und 14b, und jede der Auslaßpassagen 19 konvergiert von zwei zu den Auslaßdurchgängen 15a und 15b führenden Teilen in eine, und zwar an einer Stelle unmittelbar stromab der Auslaßdurchgänge 15a und 15b. Ein Einlaßkrümmer 20 und ein Auslaßkrümmer 21 sind fest an den entsprechenden Endseiten des Zylinderkopfs 7 angebracht, in die sich die Einlaßöffnungen 16 und die Auslaßöffnungen 17 öffnen.
Der Einlaßkrümmer 20 umfaßt Einlaßrohre 20a, die einzeln mit den entsprechenden Einlaßöffnungen 16 verbunden sind, und eine Einlaßkammer 20b, mit der die Einlaßpassagen 20a an ihren stromaufwärtigen Enden gemeinsam verbunden sind. Wie in Figur 3 gezeigt, sind in dem Auslaßkrümmer 21 die mit den zwei mittig angeordneten Auslaßöffnungen 19 verbundenen Auslaßrohre 21a an einem Längsrnittelteil der Zylinderbank angeschlossen, und die mit den längs außen angeordneten Auslaßöffnungen 19 verbundenen Auslaßpassagen 21b sind auch an einem Mittelteil angeschlossen. Wie in Figur 4 gezeigt, erstrecken sich diese zwei Mündungsteile 21c und 21d entlang einer zur Längsrichtung der Zylinderbank orthogonalen Ebene.
Weil der Einlaßkrümmer und der Auslaßkrümmer eines Reihenmehrzylinderrnotors typischerweise in einen mittleren Teil relativ zur Längsrichtung der Zylinderbank münden, und zwar durch Verschieben der Einlaßöf fnungen 16 und der Auslaßöffnungen 19 zu einem mittleren Teil relativ zur Längsrichtung der Zylinderbank anstelle des einfachen Ausführens der Einlaß- und Auslaßpassagen von der Brennkammer 13 zur Seite hin, können die Abmessungen des Einlaßkrümmers und des Auslaßkrümmers 21 signifikant reduziert werden.
Die zwei Ventile 12a und 12b werden gemäß unterschiedlicher Ventilhubkurven geöffnet und geschlossen, wie in Figur 5 gezeigt: das dem Längsmittelteil der Zylinderbank nähere Ventil 12b wird gemäß einer Hubkurve OH angetrieben, welche das Ventil über einen relativ großen Kurbeiwinkel und um einen relativ großen Ventilhub öffnet, während das außen liegende Ventil 12a gemäß einer anderen Hubkurve CL angetrieben wird, die das Ventil über einen relativ kleinen Kurbeiwinkel und um einen relativ kleinen Ventilhub öffnet.
Weil die Einlaßpassagen 18 und die Auslaßpassagen 19 auf dem Weg von den Brennkammern 13 zum Längsmittelteil der Zylinderbank hin gekrümmt sind, sind die Teile der Einlaßpassagen 18 und der Auslaßpassagen 19, in die sich nahe dem Längsmittelteil der Zylinderbank befinden, relativ kurz und geradlinig im Vergleich zu denjenigen Teilen der Einlaßpassagen 18 und der Auslaßpassagen 19, die von dem Längsmittelteil der Zylinderbank entfernt angeordnet sind, und haben daher einen relativ kleinen Strömungswiderstand. Durch Anordnen der Einlaßoder Auslaßventile 12b mit großer Flußrate und großem Hub in denjenigen Teilen der Flußpassagen 18 oder 19 mit relativ kleinem Strömungswiderstand läßt sich somit eine Verbesserung des gesamten volumetrischen Wirkungsgrads erzielen. Weil gleichzeitig ein beträchtlicher Unterschied der Strömungsgeschwindigkeit zwischen den zwei Einlaßdurchgängen 14a und 14b erzielt werden kann, trägt die sich ergebende Ungleichmäßigkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs in der Brennkammer 13 zu einer günstigeren Verteilung des Gemischs und einer Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrads bei.
In der oben beschrieben Ausführung sind eine Mehrzahl (im vorliegenden Fall zwei) von Einlaß- und Auslaßventilen für jeden Zylinder vorgesehen, und hierdurch wird in den Flußraten des Gemischs oder von Auspuffgas in diesen Durchgängen 14a, 14b, 15a und 15b ein Unterschied erzeugt, jedoch ist es auch möglich, einen solchen Unterschied dadurch zu erzeugen, daß man diejenigen Durchgänge 14b' und/oder 15b', die näher an dem Längsmittelteil der Zylinderbank angeordnet sind, größer als diejenigen Teile 14a' und/oder 15a' macht, die vom Längsmittelteil der Zylinderbank weiter entfernt angeordnet sind, wie in Figur 6 gezeigt. Ferner ist es auch möglich, die Effekte der Unterschiede des Kurbelwinkelbereichs zur Öffnung der Ventile, der Hübe der Ventile und der Öffnungsflächen der Durchgänge zu kombinieren.
Figur 7 zeigt eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Anwendung an einem 6-Zylinder-V-Motor. In einem solchen Fall, in dem jede Zylinderbank eines V-Motors aus einer ungeraden Anzahl von Zylindern besteht, oder in einem Fall, in dem der Motor aus einem Reihenmotor mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern besteht, wie etwa bei einem Reihen-3- oder 5- Zylindermotor, sind, weil die zentral angeordneten Brennkammern 31b rechtwinklig zu den Mündungsteilen der Einlaßkrümmer 32 und Auslaßkrümmer 33 weisen, die zu diesen führenden Passagen 34 und 35 natürlich geradlinig. Daher läßt sich das oben diskutierte erfindungsgemäße Konzept der vorliegenden Erfindung an den außen befindlichen Brennkammern 31a und 31c anwenden. Anders gesagt, es lassen sich für jede Zylinderbank Durchgänge 36a und 37a relativ kleiner Flußraten in relativ zur Längslinie der Zylinderbank außen liegenden Teilen der Brennkammer 31a und 31c anordnen, während sich Durchgänge 36b und 37b relativ großer Flußraten in relativ mittigen Teilen entlang der Längslinie der Zylinderbank anordnen lassen.
Nun wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung im folgenden anhand der Figuren 8 bis 16 beschrieben.
Der Motor der vorliegenden Ausführung beinhaltet auch einen Reihen-4-Zylindermotor vom DOHC-Typ, bei dem Einlaßventile und Auslaßventile durch separate Nockenwellen angetrieben werden und zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile für jeden Zylinder vorgesehen sind, wie im Fall der ersten und zweiten Ausführungen. Diese zwei Arten der Ventile werden nach einem unterschiedlichen Zeitplan angetrieben, aber sie haben identische Grundstrukturen, wobei die Struktur des Ventilbetätigungssystems im folgenden ohne Spezifizierung der Art der Ventile beschrieben wird.
Wie in den Figuren 8 bis 11 gezeigt, trägt die an einem Zylinderkopf 59 fest angebrachte Kipphebelwelle 50 schwenkbar drei Kipphebel 51, 52 und 53 einzeln schwenkbar nebeneinander für jeden Zylinder. Eine Nockenwelle 54 ist über diesen Kipphebeln 51, 52 und 53 mittels Nockenwellenlagern gehalten, die in dem Zylinderkopf 59 vorgesehen sind. Die Nockenwelle 54 umfaßt einen ersten Niederdrehzahlnocken 55 mit einem relativ kleinen Kurbeiwinkelbereich zum Öffnen des Ventils und einem relativ kleinen Ventilhub, einen Hochdrehzahlnocken 56 mit einem relativ großen Kurbeiwinkelbereich zum Öffnen des Ventils und einem relativ großen Ventilhub sowie einen zweiten Niederdrehzahlnocken 57 mit einem mittleren Kurbelwinkelbereich zum Öffnen des Ventils und einem mittleren Ventilhub. An den freien Enden des ersten Kipphebels 51, der mit dem ersten Niederdrehzahlnocken 55 zusammenwirkt, und des zweiten Kipphebels 52, der mit dem zweiten Niederdrehzahlnocken 57 zusammenwirkt, stützen sich obere Schaftenden eines Paars von Ventilen 58a bzw. 58b ab, die durch Schraubenfedern (siehe Figur 9) in Ventilschließrichtung vorgespannt sind. Unterdessen wird der dritte Kipphebel 53, der zwischen den ersten und zweiten Kipphebeln 51 und 52 angeordnet ist und mit dem Hochdrehzahlnocken 56 zusammenwirkt, normalerweise durch ein Hubelement 60 nach oben gedrückt, das in einem dem dritten Kipphebel 53 entsprechenden Teil des Zylinderkopfs 59 vorgesehen ist (siehe Figur 10).
Die einander benachbarten ersten bis dritten Kipphebel 51 bis 53 sind im Inneren mit einer Kupplungssteuervorrichtung 61 versehen (siehe Figur 11). Diese Kupplungssteuervorrichtung 61 umfaßt seitliche Führungsbohrungen, die in den Kipphebeln 51, 52 und 53 vorgesehen sind, und Kupplungsstifte sind gleitend in diesen Führungsbohrungen aufgenommen.
Der erste Kipphebel 51 ist mit einer ersten Führungsbohrung 62 versehen, die sich an ihrem einen Ende zu dem dritten Kipphebel 53 hin öffnet und an ihrem anderen Ende geschlossen ist, und ein erster Kupplungsstift 63 ist in der ersten Führungsbohrung 62 gleitend aufgenommen. Das geschlossene Unterende der eine Kammer 64a begrenzenden ersten Führungsbohrung 62 ist mit einer in der Kipphebelwelle 50 vorgesehenen Ölpassage 66 über eine in dem ersten Kipphebel 51 gebildete Ölpassage 64 und einen in der Kipphebelwelle 50 vorgesehenen Ölzufuhrdurchgang 50 verbunden.
Der dritte Kipphebel 53 ist mit einer zweiten Führungsbohrung 67 versehen, die den gleichen Durchmesser wie die erste Führungsbohrung 62 hat und koaxial zu der ersten Führungsbohrung 62 angeordnet ist, wenn sein Nockengleitstück 53a einen Grundkreisteil des Hochdrehzahlnockens 56 berührt, und diese Führungsbohrungen verlaufen parallel zu der Nockenwelle 50. Ein zweiter Kupplungsstift 68 ist in der zweiten Führungsbohrung 69 derart gleitend aufgenommen, daß er an dem ersten Kupplungsstift 63 anliegt.
Der zweite Kipphebel 52 ist gleichermaßen mit einer dritten Führungsbohrung 69 mit geschlossenem Ende versehen und nimmt darin einen Anschlagstift 70 auf, der an seinem einen Ende das andere Ende des zweiten Kupplungsstifts 68 abstützt. Der Anschlagsstift 70 ist zylinderförmig und an seinem einen Ende teilweise geschlossen, und wird normalerweise zu dem dritten Kipphebel 53 unter der Federkraft einer Rückholfeder 71 vorgespannt, die zwischen seine innere Bodenfläche und die Bodenfläche der dritten Führungsbohrung 69 eingesetzt ist.
Weil im in Figur 11 gezeigten Zustand der erste Kupplungsstift 63, der zweite Kupplungsstift 68 und der Anschlagsstift 70 unter der Federkraft der Rückholfeder 71 in den entsprechenden Führungsbohrungen 62, 67 und 69 aufgenommen sind, können sich die Kipphebel 51, 52 und 53 individuell bewegen. Durch Verschieben der ersten und zweiten Kupplungsstifte 63 und 68 im Sinne von Figur 4 seitlich nach rechts durch Wirkung des Öldrucks, der in die durch das linke Ende des ersten Kupplungsstifts 63 begrenzte Kammer 64a über die Ölpassage 64 gegen die Federkraft der Rückholfeder 71 eingeführt wird, werden die Kipphebel 51, 52 und 53 durch die Kupplungsstifte 63 und 68 einstückig miteinander gekoppelt, welche die benachbarten Führungsbohrungen quer überbrücken.
Wie in Figur 12 gezeigt, sind ein Paar von Ölzufuhrleitungen 82 und 83 über der Nockenwelle 54 für jede Zylinderbank angeordnet, um die Gleitflächen zu schmieren, die in dem Nockenwellenlager 81 und zwischen den auf den oberen Flächen der Kipphebel 51, 52 und 53 geformten Nockengleitstücken 51a, 52a und 53a gebildet sind. Weil für die zwei Zylinderbänke des Motors zwei identische Hydraulikkreise vorgesehen sind, wird im folgenden nur eine Hälfte des Gesamtsystems beschrieben. Auch weil jeder Zylinder mit einer identischen Struktur versehen ist, wird an geeigneter Stelle nur einer von diesen beschrieben.
Ein stromabwärtiges Ende der in der Kipphebelwelle 50 vorgesehenen Ölzufuhrpassage 66 ist mit der Hochdrehzahl schmierölversorgungs leitung 62 der vorgenannten Ölzufuhrleitungen verbunden. Diese Hochdrehzahlschmierölzufuhrleitung 82 ist mit Ölspritzöffnungen 84 versehen, um Schmieröl auf die entsprechenden Teile der dritten Kipphebel 53 auszugeben. Die Niederdrehzahlschmierölzufuhrleitung 83 ist mit einer Schmierölpassage 86 verbunden, die von einem Ölverteiler 85 abzweigt. Die Niederdrehzahlschmierölzufuhrleitung 85 ist mit Ölspritzöffnungen 87 versehen, um Schmieröl zu den entsprechenden Teilen der ersten Kipphebel 51 und der zweiten Kipphebel 52 sowie über Ölpassagen 88 zu den Nockenlagern 81 auszugeben.
Ein Öldrucksteuerventil 89 ist zwischen der in der Kipphebelwelle 50 vorgesehenen Ölpassage 66 und dem Ölverteiler 85 vorgesehen und wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Steuereinheit zugeführt wird. Wenn dieses Öldrucksteuerventil 89 geschlossen wird, wird kein Öldruck der Ölzufuhrpassage 66 zugeführt, und die Kupplungsstifte 63 und 68 werden durch die Rückholfeder 71 zu ihren entkoppelten Zuständen gedrückt, so daß die Kipphebel 51, 52 und 53 durch die entsprechenden Nocken 55, 56 und 57 individuell angetrieben werden. In diesem Fall wird das Schmieröl, das durch eine Pumpe 90 von einer Ölwanne 91 zu dem Ölverteiler 85 gefördert wird, zu der Niederdrehzahlschmierölzufuhrpassage 83 über die Schmierölpassage 86 geleitet, um die Gleitflächen zwischen den ersten und zweiten Niederdrehzahlnocken 55 und 57 und den Gleitstücken 51a und 52a der ersten und zweiten Kipphebel sowie die Nockenlager 81 zu schmieren.
Wenn das Öldrucksteuerventil 89 geöffnet wird, wird Schmieröl unter Druck von dem Ölverteiler 85 in die Ölzufuhrpassage 66 geleitet. Wenn dieser Öldruck dem ersten Kipphebel 51 zugeführt wird, werden der erste und der zweite Kupplungsstift 63 und 68 in die zweite Führungsbohrung 67 bzw. die dritte Führungsbohrung 69 verschoben, und zwar gegen die Vorspannkraft der Rückholfeder 71, und die Kipphebel 51, 52 und 53 werden einstückig miteinander gekoppelt. Das der Ölzufuhrpassage 66 zugeführte Schmieröl betätigt nicht nur die Kupplungssteuervorrichtung 61 für jeden Zylinder, sondern wird auch der Hochdrehzahlschmierölzufuhrleitung 82 über das stromabwärtige Ende der Ölzufuhrpassage 86 zugeleitet, um die Gleitfläche zwischen dem Hochdrehzahlnocken 56 und dem Nockengleitstück 53a des dritten Kipphebels 53 zu schmieren.
Wenn bei dieser Kupplungssteuervorrichtung für jeden Zylinder der Öldruck der Ölzufuhrpassage 66 abnimmt, gleitet der erste Kupplungsstift 63 in die zweite Führungsbohrung 67 und gleitet der zweite Kupplungsstift 68 in die dritte Führungsbohrung 69, und zwar gegen die Federkraft der Rückholfeder 71, um die drei Kipphebel 51, 52 und 53 miteinander zu kuppeln. Weil das Nockenprofil des Hochdrehzahlnockens 56 größer als dasjenige der ersten und zweiten Niederdrehzahlnocken 55 und 57 ist, werden die ersten und zweiten Kipphebel 51 und 52 auch durch den Hochdrehzahlnocken 56 in der Mitte angetrieben, und die Ventile 58a und 58b werden beide gemäß dem Kurbelwinkelbereich zum Öffnen des Ventils und dem Ventilhub des Hochdrehzahlmodus angetrieben, wie dies in Figur 13 mit der Kurve H dargestellt ist.
Wenn der Öldruck der Ölzufuhrpassage 66 niedrig ist, werden der erste Kupplungsstift 63 und der zweite Kupplungsstift 68 in der ersten Führungsbohrung 62 bzw. der zweiten Führungsbohrung 67 angeordnet, während der Anschlagstift 70 in der dritten Führungsbohrung 69 angeordnet wird. In diesem Zustand können sich die Kipphebel 51, 52 und 53 individuell bewegen. In diesem entkoppelten Zustand drückt der durch den Hochdrehzahlnocken 56 angetriebene dritte Kipphebel 53 in der Mitte das Hubelement einfach nieder und unterliegt einer Leerbewegung, während der erste Kipphebel 51 und der zweite Kipphebel 52 die Ventile 58a bzw. 58b betätigen und zwar gemäß unterschiedlichen Kurbelwinkelbereichen und unterschiedlicher Ventilhübe zum Öffnen der Ventile, wobei diese durch den ersten Niederdrehzahlnocken 55 bzw. den zweiten Niederdrehzahlnocken 57 angetrieben werden. Anders gesagt, eines der Ventile 58a wird gemäß der Kurve L von Figur 13 entsprechend dem Nockenprofil des ersten Niederdrehzahlnockens 55 betätigt, so daß es einen kleinsten Kurbelwinkelbereich zum Öffnen des Ventus und einen kleinsten Ventilhub hat, während das andere Ventil 58b gemäß der Kurve M von Figur 13 entsprechend dem Nockenprofil des zweiten Niederdrehzahlnockens 57 betätigt wird, so daß es einen mittleren Kurbelwinkelbereich zum Öffnen des Ventils und einen mittleren Ventilhub hat.
Wenn sich der Betriebszustand des Motors von einem Hochdrehzahlbetrieb zu einem Niederdrehzahlbetrieb ändert, wird der Öldruck der Öldruckpassage 66 aufgehoben. Wenn in diesem Fall ein wirkendes Teil des Hochdrehzahlnockens 56 das Nockengleitstück 53a des dritten Kipphebels 53 berührt und weil die ersten und zweiten Kupplungsstücke 63 und 68 Kräften unterliegen, die orthogonal zur ihrer Längslinie sind, sind die Reibkräfte, die die Kupplungsstifte 63 und 68 von den ersten und zweiten Führungsbohrungen 62 und 67 aufnehmen, so groß, daß die ersten und zweiten Kupplungsstifte 63 und 68 nicht gleiten können. Wenn das Nockengleitstück 53a des dritten Kipphebels 53 über einen Grundkreisteil des Hochdrehzahlnockens 56 gleitet, sind die auf die ersten und zweiten Kupplungsstifte 63 und 68 wirkenden orthogonalen Kräfte reduziert, und die ersten und die zweiten Kupplungsstifte 63 und 68 können dann in die ersten bzw. zweiten Führungsbohrungen 62 und 67 gleiten.
Weil der dritte Kipphebel 53 eine relativ große Breite oder eine relativ größe Längsabmessung entlang der Längslinie der Kipphebelwelle 50 hat, um die Höhe seines Flächendrucks pro Flächeneinheit zur Kompensation seines großen Ventilhubs zu reduzieren, ist der Gleitwiderstand des zweiten Kupplungsstifts 68 größer als derjenige der anderen Kupplungsstifte. Daher könnte, in Abhängigkeit von Trägheit und Reibzuständen, der erste Kupplungsstift 63 ein wenig vor dem dritten Kupplungsstift 68 zu der ersten Führungsbohrung 62 zurückkehren. Daher könnte das Entkuppeln zwischen dem dritten Kipphebel 53 und dem ersten Kipphebel 51 vor dem Entkuppeln zwischen dem dritten Kipphebel 53 und dem zweiten Kipphebel 52 stattfinden. Anders gesagt, die Möglichkeit des Fehischlagens eines vollständigen Entkupplungsvorgangs beim Lauf auf einem Grundkreisteil des entsprechenden Nockens ist höher zwischen dem dritten Kipphebel 53 und dem zweiten Kipphebei 52 als zwischen dem dritten Kipphebel 52 und dem ersten Kipphebel 51.
Ein Auftreten eines Entkupplungsvorgangs an einem zwischenliegenden Punkt eines Ventilhubs bedeutet, daß das Nockengleitstück eines der Kipphebel gegen die Nockenfläche mit einem Hub geworfen wird, der gleich der Differenz zwischen den Ventilhüben ist, die durch die zwei verschiedenen Nockenprofile entsprechend den fraglichen zwei Kipphebeln erzeugt wird, und im Ergebnis kann ein impulsartiges Aufschlaggeräusch entstehen. Daher wird nach der vorliegenden Erfindung das Kuppeln zwischen dem dritten Kipphebel 53, der dem Hochdrehzahlnocken 56 für den großen Ventilhub entspricht, und dem zweiten Kipphebel 52, der dem zweiten Niederdrehzahlnocken 57 entspricht, durch den zweiten Kupplungsstift 68 erreicht, der weniger leicht gleiten kann als der erste Kupplungsstift 63, so daß das Aufschlagen des Kipphebels auf die Nockenfläche auch dann minimiert wird, wenn ein Endkupplungsvorgang während eines Ventilhubs stattfinden sollte.
Wie in Figur 14 gezeigt, ist der erste Kipphebel 51 am Basisende eines Armabschnitts 74 mit einem zylindrischen Lagerabschnitt 73 für den Durchtritt der Kipphebelwelle 50 versehen, und in einem freien Ende des Armabschnitts 74 ist eine Gewindebohrung 76 zum Eingriff einer Mitnahmeeinstellschraube vorgesehen. Ein mittlerer Teil des Armabschnitts 74 enthält einen zylindrischen Abschnitt 75 zur Bildung der ersten Führungsbohrung 62. Das Nockengleitstück 51a ist in dem Armabschnitt 74 nahe dem zylindrischen Abschnitt 75 vorgesehen. Die erste Führungsbohrung 62 ist von der Mitte des zylindrischen Abschnitts 75 zum Nockengleitstück 51a hin versetzt, so daß die Dicke t2 des zylindrischen Abschnitts 75 nahe dem Nockengleitstück 51a wesentlich kleiner als die Dicke t1 des von dem Nockengleitstück 51a entfernten zylindrischen Abschnitts 75 ist. Der zweite Kipphebel 52 ist mit dem ersten Kipphebel 51 im wesentlichen identisch, und dessen Führungsbohrung 69 ist gleichermaßen von der Mitte seines zylindrischen Abschnitts 77 versetzt.
Weil im Niederdrehzahlbereich des Motors im wesentlichen kein Betätigungsöldruck an die Hydraulikkammer 64 angelegt wird, und wie in Figur 11 gezeigt, die Stifte 63, 68 und 70 durch die Rückholfeder 71 in ihre entsprechenden Führungsbohrungen 62, 67 und 69 gedrückt werden, können sich die drei Kipphebel 51, 52 und 53 individuell bewegen. Im Hochdrehzahlbereich des Motors wird Öldruck zu der Öldruckkammer 64a geführt, und die ersten und zweiten Kupplungsstifte 63 und 68 werden in die zweiten bzw. dritten Führungsbohrungen 67 und 69 bewegt, so daß die drei Kipphebel 51, 52 und 53 sich als einstückiger Körper bewegen.
Weil die Kupplungsstifte 63, 68 so hergestellt sind, daß sie einen gewissen Toleranzbereich haben, ist ein gewisses Spiel zwischen den Kupplungsstiften und ihren entsprechenden Bohrungen unvermeidlich. Wenn daher die Kipphebel 51, 52 und 53 durch den Hochdrehzahlnocken 56 betatigt werden, neigen die Kupplungsstifte 63 und 68 zum Verkippen relativ zu den Führungsbohrungen 62, 67 und 69, wie in Figur 15 in übertriebener Form dargestellt. Daher wirken relativ große Lasten auf die unteren Teile der zylindrischen Abschnitte 75 und 77 der ersten und zweiten Kipphebel 51 und 52. Weil jedoch diese Teile dicker als die oberen Teile der zylindrischen Abschnitte 75 und 77 gemacht sind, läßt sich eine ausreichende Starrheit und mechanische Festigkeit sicherstellen. Weil andererseits die oberen Teile der zylindrischen Abschnitte 75 und 77 relativ kleine Kräfte von den Kupplungsstiften 63 und 68 aufnehmen und sie durch die Nockengleitstücke 51a und 52a verstärkt sind, ergibt die Reduktion ihrer Dicke kein Problem.
Das oben beschriebene Ventilbetätigungssystem ist an einem Zylinderkopf 59 angebracht, der dem in Figur 2 dargestellten Zylinderkopf 7 ähnelt. Gemäß der dritten Ausführung hat jeder Zylinder zwei Einlaßventile 58Ia und 58Ib und zwei Auslaßventile 58Ea und 58Eb. Im Hochdrehzahlbereich werden die drei Kipphebel 51, 52 und 53 durch die Kupplungsstifte 63 und 68 einstückig miteinander gekoppelt, und diese Ventile werden durch den Hochdrehzahlnocken 56 vollständig geöffnet. Jedoch wird im Niederdrehzahlbereich das Einlaßventil 58Ia, welches einen näher an der Längsmitte der Zylinderbank angeordneten Einlaßdurchgang 114b steuert, über einen kleinen Kurbelwinkelbereich geöffnet und sein Ventilhub ist klein, während das andere Einlaßventil 58Ib, das einen von der Längsmitte der Zylinderbank weiter entfernt angeordneten Einlaßdurchgang 114a steuert, über einen relativ großen Kurbelwinkelbereich geöffnet wird und sein Ventilhub mittel oder relativ groß ist. Ferner wird das Auslaßventil 58Ea, das einen von der Längsmitte der Zylinderbank weiter entfernt angeordneten Auslaßdurchgang 115a steuert, über einen kleinen Kurbelwinkelbereich geöffnet und sein Ventilhub ist klein, während das andere Auslaßventil 58Eb, das einen näher an der Längsmitte der Zylinderbank angeordneten Auslaßdurchgang 115b steuert, über einen relativ großen Kurbelwinkelbereich geöffnet wird und sein Ventilhub mittel oder relativ groß ist.
Daher werden nach der dritten Ausführung, nun anhand Figur 16, in einem Niederdrehzahlmodus, in dem die zwei Einlaßventile 58Ia und 58Ib und die zwei Auslaßventile 58Ea und 58Eb jeweils mit unterschiedlichen Kurbelwinkelbereichen zum Öffnen der Ventile und unterschiedlichen Ventilhüben betätigt werden, das Einlaßventil 58Ib und das Auslaßventil 58Eb, die an diametral entgegengesetzten Stellen der Brennkammer 113 relativ zu einer in deren Mitte vorgesehenen Zündkerze P angeordnet sind, so betätigt, daß relativ großen Flußraten verarbeitet werden.
Während des Auslaßhubes des Motors öffnet sich das dem Längsmittelteil der Zylinderbank näher angeordnete Auslaßventil 58Eb relativ großer Flußrate früher als das andere Auslaßventil 58Ea und schließt sich später als dieses. Weil ferner die mit dem Auslaßventil 58Eb relativ größerer Flußrate verbundene Auslaßpassage 119 geradliniger ist und einen geringeren Widerstand hat als die andere, wird der Abgasstrom in der Brennkammer 113 zu dem dem Längsmittelteil der Zylinderbank näher angeordneten Auslaßventil 58Eb gerichtet, wie in Figur 16 mit dem Pfeil E gezeigt.
Während des Einlaßhubs des Motors öffnet sich das vom Längsmittelteil der Zylinderbank weiter weg angeordnete Einlaßventil 58Ib relativ großer Flußrate früher als das andere Einiaßventil 58Ia und schließt sich später als dieses. Weil ferner die mit dem Einlaßventil 58Ib größerer Flußrate verbundene Einlaßpassage 118 in Blickrichtung der Strömung des Luft-Kraftstoffgemischs nach links gekrümmt ist, fließt das Gemisch in die Brennkammer 113 entlang einer im wesentlichen tangentialen Richtung. Daher wird der Einlaßf luß in die Brennkammer 113 so ausgerichtet, wie in Figur 16 mit dem Pfeil I gezeigt. Diese Ausrichtung ist parallel zur mit dem Pfeil E bezeichneten Richtung und unterstützt einen Dralleffekt. Durch diese Erzeugung einer Flußratendifferenz in diametraler Richtung wird es möglich, einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad des Motors, ein günstiges Vermischen von Luft und Kraftstoff und einen hohen Spüleffekt zu erzielen.
Nach einem bevorzugten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es beabsichtigt, die Richtwirkung von Gemisch durch Steuern des Kurbelwinkelbereichs der Ventilöffnung und des Ventilhubs zu steuern, jedoch läßt sich ein ähnlicher Effekt erreichen, indem man die Abmessungen derjenigen Durchlässe anpaßt, die sich beiderseits einer Zündkerze P befinden, oder anders gesagt, indem man die Durchmesser des außen liegenden Einlaßdurchgangs 114a' und des mittleren Auslaßdurchgangs 115b' relativ groß macht und den mittleren Einlaßdurchgang 114b' und den außen liegenden Auslaßdurchgang 115a' relativ klein macht, wie in Figur 17 gezeigt. Hier bedeutet "außen liegend" und "Mitte" Positionsbeziehungen entlang der Längslinie der Zylinderbank. Diese Ausführung kann auch Effekte erzeugen, die denen der vorigen Ausführung ähneln.
Somit ist es wenigstens in den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung möglich, einen signifikanten Gemischdrall in der Brennkammer und eine Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrads zu erzeugen, mit dem zusätzlichen Vorteil der Reduktion der Abmessungen der Einlaß- und Auslaßkrümmer entlang der Längsrichtung der Kurbelwelle. Daher läßt sich ein signifikanter Vorteil bei der Verbesserung der Leistung des Motors und Reduktion dessen Größe erzielen.
Hieraus ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung wenigstens in ihren bevorzugten Formen einen Mehrzylindermotor mit einer Zylinderkopfstruktur angibt, die die Größe und das Gewicht seines Einlaß- und/oder Auslaßkrümmers wesentlich reduzieren kann und die den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors verbessern kann.

Claims

1. Mehrzylinderrnotor mit wenigstens einer Reihen- Mehrzylinderbank und einer Zylinderkopfstruktur, wobei der Motor zumindest für jeden seiner an einem Längsende der Zylinderbank angeordneten Zylinder (1) oder zumindest für jeden seiner anlängsmittel- und symmetrischen Teilen der Zylinderbank angeordneten Zylinder (1) umfaßt:

eine Brennkammer (13), die durch den Zylinder (1) und einen darin aufgenommenen Kolben (2) begrenzt ist;

eine in der Zylinderkopfstruktur gebildete Einlaßpassage (18) , deren eines Ende mit einem Einlaßkrümmer (20) verbunden ist und deren anderes Ende über einen durch ein Einlaßventil gesteuerten Einlaßdurchgang (14a, 14b) mit der Brennkammer verbunden ist;

eine in der Zylinderkopfstruktur gebildete Auslaßpassage (19), deren eines Ende mit einem Auslaßkrümmer (21) verbunden ist und deren anderes Ende über einen durch ein erstes Auslaßventil gesteuerten ersten Auslaßdurchgang (15b) und einen durch ein zweites Auslaßventil gesteuerten zweiten Auslaßdurchgang (15a) mit der Brennkammer verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß der erste Auslaßdurchgang (15b) bei Betrieb des Motors eine größere Auslaßflußrate aufnimmt als der zweite Auslaßdurchgang (15a);

wobei die ersten und zweiten Auslaßdurchgänge entlang einer Längsrichtung der Zylinderbank angeordnet sind, wobei der erste Auslaßdurchgang (15b) näher an einem Längsmittelteil der Zylinderbank als der zweite Auslaßdurchgang (15a) angeordnet ist;

wobei die Auslaßpassage (19) einen von dem Längsmittelteil der Zylinderbank entfernten ersten Teil aufweist, der im Verlauf von seinem anderen Ende zu seinem einen Ende zu dem Längsmittelteil der Zylinderbank hin gekrümmt ist und einen zweiten Teil, der dem Längsrnittelteil näher ist als der erste Teil und im Vergleich zu den ersten Teil relativ geradlinig ist.

2. Motor (7) nach Anspruch 1, in dem die Ventile (12a, 12b) durch Nocken (10a, 10b) mit unterschiedlichen Nockenprofilen betätigt werden.

3. Motor (7) nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Durchgänge (14a, 14b, 15a, 15b) unterschiedliche Öffnungsflächen aufweisen.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem ein anderes Ende der Einlaßpassage (18) über einen durch ein erstes Einlaßventil gesteuerten ersten Einlaßdurchgang (14b) und einen durch ein zweites Einlaßventil gesteuerten zweiten Einlaßdurchgang (14a) mit der Brennkammer verbunden ist, wobei der erste Einlaßdurchgang (14b) eine größere Einlaßflußrate aufnimmt als der zweite Einlaßdurchgang (14a);

wobei die ersten und zweiten Einlaßdurchgänge entlang einer Längsrichtung der Zylinderbank angeordnet sind, wobei der erste Einlaßdurchgang (14b) näher an einem Längsrnittelteil der Zylinderbank angeordnet ist als der zweite Einlaßdurchgang (14a)

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem ein anderes Ende der Einlaßpassage (18) über einen durch ein erstes Einlaßventil gesteuerten Einlaßdurchgang (114a') und einen durch ein zweites Einlaßventil gesteuerten zweiten Einlaßdurchgang (114b') mit der Brennkammer verbunden ist,

wobei der erste Einlaßdurchgang (114a') eine größere Einlaßflußrate aufnimmt als der zweite Einlaßdurchgang (114b');

wobei die ersten und zweiten Einlaßdurchgänge entlang einer Längsrichtung der Zylinderbank angeordnet sind, wobei der zweite Einlaßdurchgang (114b') näher an einem Längsmittelteil der Zylinderbank angeordnet ist als der erste Einlaßdurchgang (114').

6. Motor (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Auslaß- und Einlaßventile (12a, 12b) durch einen Ventilbetätigungsmechanismus derart gesteuert werden, daß in einem Hochdrehzahlbereich alle der Ventile (12a, 12b) vollständig geöffnet werden und in einem Niederdrehzahlbereich eines der Einlaßventile (12a, 12b), das von einem Längsrnittelteil der Zylinderbank entfernt ist, und eines der Auslaßventile (12a, 12b) , das einem Längsmittelteil der Zylinderbank nahe ist, um mittlere Ausmaße geöffnet werden, während das andere Einlaßventil und das andere Auslaßventil um geringe Ausmaße geöffnet werden.

7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Einlaßpassage (18) im Verlauf von ihrem anderen Ende zu ihrem einen Ende zu einem Längsmittelteil der Zylinderbank hin gekrümmt ist.

8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Zylinder an einem Längsende der Zylinderbank angeordnet ist.

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Zylinder an Längsmittel- und symmetrischen Teilen der Zylinderbank angeordnet ist.